[PDF] Définition Réalisation et Tests dun radar VHF Multifréquence et

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N° d'ordre : 1305

THÈSE

présentée

DEVANT L'UNIVERSITÉ DE RENNES 1

pour obtenir le grade de : DOCTEUR DE L'UNIVERSITÉ DE RENNES 1

Mention : Electronique

Par

Christian BROUSSEAU

Équipe d'accueil : IETR, Rennes, France

Composante universitaire : Structures et Propriétés de la Matière Soutenue le 13 janvier 1995 devant la Commission d'Examen

Composition du jury :

M. C. GOUTELARD Professeur à l'Université de Paris Sud Président M. M. GRANGER Ingénieur, DRET/SDR/G2, Paris Rapporteur M. J. SAILLARD Professeur à l'IRESTE, Nantes Rapporteur M. L. BERTEL Professeur à l'Université de Rennes 1 Examinateur M. A. BOURDILLON Professeur à l'Université de Rennes 1 Examinateur M. G. DESODT Ingénieur, THOMSON CSF/SDC, Bagneux Examinateur M. G. LESTURGIE Ingénieur, ONERA, Palaiseau Examinateur DEFINITION, REALISATION ET TESTS D'UN RADAR V.H.F.

MULTIFREQUENCE ET MULTIPOLARISATION

PROJET

M.O.S.A.R. tel-00085136, version 1 - 11 Jul 2006

RESUME

Nous présentons dans cette thèse la définition, la réalisation et les tests d'un radar V.H.F. multifréquence et multipolarisation, travaillant dans une gamme allant de 20 à 100 MHz. Ce système dénommé M.O.S.A.R. (Maquette Orientée pour un Système d'Analyse de Résonances) a pour objectif la mesure des sections efficaces radars d'avions dans cette gamme de fréquence, afin de fournir l'ensemble des connaissances qui permettront de concevoir un futur

radar opérationnel, destiné à la détection et à l'identification des cibles aériennes.

Dans un premier temps, nous définissons les caractéristiques principales du système,

telles que la largeur de l'impulsion émise, la période de récurrence, le nombre de fréquences

utilisées, ... . Ensuite, nous construisons un radar à impulsions, monostatique, cohérent,

commandé par ordinateur, capable de mesurer et d'enregistrer les signaux rétrodiffusés par des

avions. Ce système emploie deux réseaux d'antennes différents pour l'émission et la réception,

chacun de ces réseaux utilisant respectivement quatre antennes log-périodiques dipolaires. Les informations relatives aux cibles (amplitude, phase et fréquence Doppler) sont ensuite extraites par une analyse spectrale non linéaire haute résolution. Nous évaluons les performances du radar et précisons les limites du système. Enfin,

des résultats expérimentaux sont présentés et confirment les choix dans la définition et la

réalisation du radar.

ABSTRACT

In this thesis, we present the definition, the construction and the tests of a new V.H.F. multifrequency and multipolarization radar. This system called M.O.S.A.R., radar for the analysis of target resonance (in french : Maquette Orientée pour un Système d'Analyse de Résonances) deals with the aircraft Radar Cross Section measurements in the low V.H.F. frequency band (20 - 100 MHz). At first, we present the basic characteristics of this project such as the pulse width, the pulse rate, the number of frequency, ... . In a second part, we describe the M.O.S.A.R. system. It consists of a coherent, pulsed, monostatic radar controled by a computer, which is able to measure and record the aircraft backscattered signals. Two different antenna arrays are used for the transmitter and the receiver, each of them constitued by four log-periodic antennas. Then, target parameters (magnitude, phase and Doppler frequency) are obtained by processing methods based on autoregressive spectrum analysis algorithms using forward and backward linear prediction. Finally, we characterise the behavior and the limitations of this radar and we present several experimental results which confirm the theoretical developments.

Mots clés

Radar, Furtivité, V.H.F., S.E.R., Multifréquence, Multipolarisation, Réseaux d'Antennes, Antennes Log-Périodique, Emetteur, Récepteur, Acquisition de Signaux, Analyse Spectrale Haute Résolution. tel-00085136, version 1 - 11 Jul 2006

Sommaire

I

SOMMAIRE

Page L

ISTE DES FIGURES ------------------------------------------------------------------------------------

1

LISTE DES TABLEAUX ---------------------------------------------------------------------------------

7 LISTE DES ABREVIATIONS ---------------------------------------------------------------------------- 9

1ère Partie : INTRODUCTION - PRESENTATION DU PROJET -

OBJECTIFS

11 C HAPITRE I.1 : INTRODUCTION ---------------------------------------------------------------------- 13 I.1.1 ) Présentation du projet --------------------------------------------------------------- 13 I.1.2 ) Plan du document ------------------------------------------------------------------- 15 C HAPITRE I.2 : OBJECTIFS --------------------------------------------------------------------------- 17 C HAPITRE I.3 : ANTECEDENTS ---------------------------------------------------------------------- 19 I.3.1 ) Introduction ------------------------------------------------------------------------- 19 I.3.2 ) Radars d'application " civile » ---------------------------------------------------- 20 I.3.2.1 ) Gamme H.F. ------------------------------------------------------------ 20 I.3.2.2 ) Gamme V.H.F. --------------------------------------------------------- 20 I.3.3 ) Radars d'application " militaire » ------------------------------------------------- 21 I.3.3.1 ) Gamme H.F. ------------------------------------------------------------ 21 I.3.3.2 ) Gamme V.H.F. --------------------------------------------------------- 23
I.3.4 ) Conclusion ---------------------------------------------------------------------------

27tel-00085136, version 1 - 11 Jul 2006

Sommaire

II Définition, Réalisation et Tests d'un Radar V.H.F. Multifréquence et Multipolarisation (M.O.S.A.R.)

C HAPITRE I.4 : GENERALITES ----------------------------------------------------------------------- 29
I.4.1 ) Caractéristiques techniques ------------------------------------------------------- 29 I.4.1.1 ) Fréquences d'émission ------------------------------------------------ 29 I.4.1.1.1 ) Bande décamétrique -------------------------------------- 29 I.4.1.1.2 ) Bande métrique ------------------------------------------- 30 I.4.1.2 ) Portée de détection ---------------------------------------------------- 30 I.4.1.3 ) Polarisation ------------------------------------------------------------- 32 I.4.1.4 ) Diagrammes d'ambiguïté --------------------------------------------- 33 I.4.2 ) Forme d'onde ----------------------------------------------------------------------- 39

2ème Partie : SYSTEME RADAR -----------------------------------------------------------

41
C HAPITRE II.1 : SYSTEME ANTENNAIRE ----------------------------------------------------------- 43
II.1.1 ) Définition des antennes ----------------------------------------------------------- 43 II.1.1.1 ) Modélisation des antennes en espace libre ------------------------ 43 II.1.1.2 ) Modélisation des antennes au-dessus d'un sol ------------------- 45
II.1.2 ) Réseaux d'antennes --------------------------------------------------------------- 47 II.1.2.1 ) Constitution du réseau élémentaire pour une polarisation ------ 48 II.1.2.2 ) Amélioration des performances en émission / réception -------- 51 II.1.2.3 ) Réseaux d'émission et de réception -------------------------------- 52 II.1.2.4 ) Orientation du lobe principal de rayonnement ------------------- 57

II.1.3 ) Déphaseurs ------------------------------------------------------------------------- 58

II.1.3.1 ) Présentation et implantation ----------------------------------------- 58 II.1.3.2 ) Calcul des déphasages ----------------------------------------------- 60 II.1.3.2.1 ) Réseau vertical ponctuel -------------------------------- 60 II.1.3.2.2 ) Réseau vertical linéaire --------------------------------- 60 II.1.3.3 ) Commandes des déphaseurs ---------------------------------------- 64 II.1.3.3.1 ) Introduction ----------------------------------------------- 64 II.1.3.3.2 ) Erreur de phase ------------------------------------------- 64 II.1.3.3.3 ) Vitesse d'incrémentation ------------------------------- 65 II.1.3.4 ) Caractérisation des déphaseurs ------------------------------------- 65
II.1.4 ) Câbles ------------------------------------------------------------------------------- 67

II.1.5 ) Caractérisation du sol ------------------------------------------------------------- 67

II.1.5.1 ) Introduction ------------------------------------------------------------ 67

II.1.5.2 ) Amélioration de la terre naturelle ---------------------------------- 68tel-00085136, version 1 - 11 Jul 2006

Sommaire

III C HAPITRE II.2 : SYSTEMES D'EMISSION / RECEPTION ------------------------------------------ 73

II.2.1 ) Système d'émission --------------------------------------------------------------- 73

II.2.1.1 ) Principe ---------------------------------------------------------------- 73 II.2.1.2 ) Description du système d'émission -------------------------------- 74 II.2.1.3 ) Amplificateurs d'émission ------------------------------------------ 78 II.2.1.4 ) Modulation en impulsion -------------------------------------------- 80 II.2.1.5 ) Signaux d'émission --------------------------------------------------- 83

II.2.2 ) Système de réception -------------------------------------------------------------- 84

II.2.2.1 ) Principe ---------------------------------------------------------------- 84 II.2.2.2 ) Sensibilité du système de réception -------------------------------- 86 II.2.2.2.1 ) Evaluation de la section efficace radar d'une cible - 87 II.2.2.2.2 ) Evaluation du facteur de pertes liées au radar ------- 87 II.2.2.2.3 ) Evaluation du facteur de pertes dues à la propagation ----------------------------------------------- 88 II.2.2.2.4 ) Détermination de la sensibilité du système de réception -------------------------------------------------- 89 II.2.2.3 ) Rapport signal à bruit en sortie du récepteur --------------------- 89 II.2.2.3.1 ) Evaluation du facteur de bruit du radar --------------- 91 II.2.2.3.2 ) Détermination de la puissance de bruit à l'entrée du Récepteur ------------------------------------------------- 92 II.2.2.3.3 ) Détermination du rapport signal à bruit en sortie du récepteur -------------------------------------------------- 97 II.2.2.4 ) Système de réception ------------------------------------------------- 98 II.2.2.4.1 ) Principe --------------------------------------------------- 98 II.2.2.4.2 ) Schéma synoptique du système de réception -------- 98 II.2.2.4.3 ) Préamplificateurs d'antennes -------------------------- 100 II.2.2.4.4 ) Récepteurs ------------------------------------------------ 101 II.2.2.5 ) Protection des récepteurs -------------------------------------------- 110
C HAPITRE II.3 : SYSTEME D'ACQUISITION ET DE PILOTAGE ---------------------------------- 113 II.3.1 ) Système d'acquisition ------------------------------------------------------------- 113 II.3.1.1 ) Principe ---------------------------------------------------------------- 113 II.3.1.2 ) Définition des paramètres d'acquisition --------------------------- 114 II.3.1.2.1 ) Fréquence d'échantillonnage --------------------------- 114 II.3.1.2.2 ) Nombre de bits de conversion ------------------------- 114 II.3.1.2.3 ) Temps d'acquisition et de conversion ---------------- 114 II.3.1.2.4 ) Erreurs de linéarité de gain et d'offset ---------------- 116

II.3.1.3 ) Gestion des acquisitions --------------------------------------------- 116tel-00085136, version 1 - 11 Jul 2006

Sommaire

IV Définition, Réalisation et Tests d'un Radar V.H.F. Multifréquence et Multipolarisation (M.O.S.A.R.)

C HAPITRE II.4 : TRAITEMENT DES SIGNAUX RADAR --------------------------------------------quotesdbs_dbs44.pdfusesText_44

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